これまでJoVE（The Journal of Visualized Experiments）は主に生物医学研究に焦点を当てており、バイオエンジニアリング、臨床・トランスレーショナル医学、免疫学・感染症、神経科学のサブセクションを展開してきました。この7月、JoVEはプラズマ物理学から材料科学まで幅広いコンテンツを含む応用物理学セクションを開設します。新セクションの幕開けとして、パデュー大学のレーザーベース製造センターの研究者らによる注目すべき論文を掲載します。
物質には、固体、液体、気体という馴染み深い3つの状態が存在します。気体に十分なエネルギーが加わると、原子が電子を失う、あるいはイオン化され、プラズマと呼ばれる第4の状態が形成されます。プラズマは物質の最も一般的な形態であり、可視宇宙の約99.999%を占めています。著者らは、100フェムト秒（100兆分の1秒）の超短パルスレーザーを用い、ポンプ・プローブ・シャドウグラフ法と呼ばれる手法を実証しました。この手法により、金属表面から発生して進化する初期プラズマを可視化することが可能になります。また、シミュレーションモデルを構築することで、これらの研究者は初期プラズマのダイナミクスを検証し、物質がどのようにイオン化されるかについての理解を深めています。
応用物理学の材料科学サブカテゴリーにおいて、JoVEは研究者が微細加工の新手法を開発しているミシガン大学からお届けします。著者は、カーボンナノチューブから複雑な三次元微細構造を成長させる手法を実演しており、これはポリマーや生物学的材料でレプリカを鋳造するためのマスターモールドとして利用可能です。走査型電子顕微鏡により、これらのモールドから作製されたポリマーレプリカにおいて、カーボンナノチューブのマスターモールドが持つマイクロスケールの形状とナノスケールのテクスチャが高精度に再現されていることが明らかになりました。微細加工技術により、実験室での操作を小規模に実施することが可能になります。これは実質的に「ラボ・オン・ア・チップ」を実現するものです。
応用物理学から心臓生理学へと視点を移し、JoVEはジョージ・ワシントン大学を訪れ、改良型ランゲンドルフ標本作製法を取り上げます。JoVEでは、心臓を単独で数時間拍動させることが可能なこの生理学的標本作製法を実証する論文を数本発表しています。この手法では、大動脈を介して心臓に逆行性灌流を行い、大動脈弁を閉鎖させて酸素化された灌流液を冠状循環に送り込むことで、心臓組織を維持させます。
著者らは、左心耳、下大静脈、および肺動脈にカニューレを挿入する、この調製法の改良案を提示しています。この状態では心臓の4つの部屋すべてにカニューレが挿入されており、それによって両心室に生理学的な負荷圧が提供され、大動脈を通じて心臓を逆行性に灌流させる必要がなくなります。したがって、心臓の灌流は正常な方向に行われ、心臓自らが冠動脈灌流のための圧力を提供します。
この両心室作動心モデルが構築された後、著者らはニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）の蛍光イメージングのセットアップに進みます。ミトコンドリアに存在するこのコエンザイムは、還元状態で蛍光を発するため、局所的な酸素濃度、ひいては心臓の代謝状態を読み取ることが可能です。研究者らは、異なるペーシングレートにおけるNADH蛍光の測定を行い、心疾患の病理への洞察を提供するという、この生理学的に適切なモデルの有用性を実証しています。
Bioengineeringセクションでは、JoVEがパシフィック大学を訪問し、合成クモ糸の生産に関する記事を紹介します。2010年、JoVEはVierra研究室による記事を掲載し、クロゴケグモから12個の出糸腺を単離するためのマイクロダイセクション技術を実証しました。これらの腺を単離することで、特定のクモ糸タンパク質を同定するための分析手法の実施が可能になります。クモは毒を持ち、共食いをするため、クモ糸の大規模生産に向けて飼育することは現実的ではありません。そのため、Vierra研究室では、絹タンパク質を含むプラスミドで細菌を形質転換し、組換えクモ糸タンパク質を細菌内で発現させています。
7月のJoVEでは、Vierraグループがこれらの細菌からクモ糸タンパク質を単離および精製する方法について解説します。続いて、精製されたタンパク質を繊維へと紡ぐ方法、およびこれらの繊維を回収し強度を評価する方法について紹介します。クモ糸は、生体適合性と、引張強度が鋼鉄を上回る機械的特性を備えているため、バイオマテリアル研究者の間で非常に注目されています。Vierra研究室は、将来的に大規模な製造プロセスへと拡張可能な、研究室スケールでのクモ糸製造を実演しました。 この短い要約では、JoVEが7月にリリースする50本の論文のうち4本について概説しています。その他の注目すべき出版物には、後期鶏胚におけるex ovoエレクトロポレーションの実演、ヒト細胞からの分泌タンパク質の産生、およびショウジョウバエ脳のex vivo培養などが含まれます。